QY027造船门座起重机臂架维修

2018-10-17庄玉洋钱红飙苏乐德于业超杜庆升孙绍琳

装备制造技术 2018年8期

关键词：腹杆撑杆臂架

庄玉洋，钱红飙，洪波，苏乐德，于业超，杜庆升，孙绍琳

（1.大连船舶重工集团有限公司，辽宁大连116000；2.大连益利亚工程机械有限公司，辽宁大连116025）

0 概述

在对大型门座起重机臂架钢结构进行维修时，为避免过度维修、无效维修的现象，目前，国内外通常的作法都是先对损坏的结构区域，进行受力和变形状况的理论分析，再根据计算结果来指导维修工艺的设计。

本文将以某船舶集团一台QY027（25t×42m）造船门座起重机臂架维修方案设计过程进行阐述。从结构受力分析入手，配合工艺条件，来制定了相应的臂架维修改造方案。通过维修实践证明本文所用的理论方法是正确、可靠的。

1 臂架腐蚀情况

某船舶集团一台QY027造船门座起重机，在进行臂架结构检查时发现：在臂架中部距底部铰点约21.5 m处的直腹杆腐蚀严重，该直腹杆的中部出现腐蚀洞，长度约150 m，下端与主弦杆连接处已变形且连接焊缝处形成约100 m长的裂纹，具体形式如图1所示。

图1 臂架腐蚀情况

从检查结果来看，受腐蚀的直腹杆已基本失去维修价值，符合GB/T6067.1-2010《起重机械安全规程第1部分总则》规定的结构件报废标准[1]。且直腹杆下端产生变形和裂纹区域是在主弦杆处，如不及时维修，裂纹将有可能扩展到主弦杆上，造成更加严重的危害。

2 结构受力分析与校核

臂架整体受力形式可视为悬臂梁形式（见图2），腐蚀严重的直腹杆处于臂架中间部位，结构受力后弹性变形较大，因此，在制定修复方案前，需对臂架维修部位进行受力分析，以保证后序施工的安全及维修质量，并提高臂架维修的有效性和可靠性。

图2 整机结构形式

2.1 设备描述

QY027（25t）门座起重机是船厂于1988年设计建造的，从结构形式上描述，属于杠杆滑轮组钢丝绳补偿的单臂架圆筒门架式门座起重机，该机具有变幅过程中吊钩的位移轨迹近似水平线的特点。变幅结构采用螺杆螺母传动形式。

该机主要结构分为臂架、对重拉杆、对重平衡梁、上转柱、转盘和门架等。表1是QY027（25t）门座起重机技术性能表。整机结构形式如图3所示。

表1 QY027（25t）门座起重机技术性能

图3 整机结构形式

2.2 臂架结构受力分析

2.2.1 臂架载荷

载荷工况是空载，臂架在最大幅度（42 m），此时的臂架状态有利于施工作业。臂架上施加的载荷包括：臂架自重、主吊钩重量、对重拉杆力和变幅丝杆拉力。具体计算结果见表2所示。

表225 t门座臂架42m幅度时臂架力计算

2.2.2 有限元分析与计算

应用ANSYS软件进行有限元分析。为便于建模和有限元分析，忽略对强度影响不大的构件，其它主要部件均按照实际结构建模。臂架横梁结构采用板壳单元SHELL63进行构建，自由方式进行四边形网格划分。臂架载荷见前述。建模时将腐蚀严重的直腹杆去除，分析计算臂架结构的受力及变形情况。由计算结果知，撤除直腹杆后，腐蚀区域的最大应力63.8 MPa，为压应力，发生在臂架的下侧主弦杆上，形式如图4所示。去除直腹杆后，两点间产生了5.5 mm的相对位移，形式如图5所示。

图4 直腹杆区域应力云图

图5 直腹杆区域位移云图

2.3 补强结构的对比分析

根据臂架维修工况的计算结果，为保证腐蚀的直腹杆区域结构尺寸不变，在切断直腹杆前，先作撑杆予以补强。将撑杆结构加入到有限元模型中进行计算分析，对比补强前后有限元计算结果，撑杆区域的最大应力82.787 MPa，位于补强管的上端，应力虽略有增加，但远低于材料许用应力，符合GB/T3811-2008《起重机设计规范》[2]，形式如图5所示。直腹杆两端结构位移基本没有变化，形式如图6所示。说明撑杆结构能够达到预期的效果。